浅埋偏压大断面隧道套拱暗挖段优化方案

徐晗

（中铁十六局集团地铁工程有限公司）

横岭隧道是赣深客专全线高风险隧道之一。隧道软弱围岩比重大，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道全长的75%，隧道区出露的地层为燕山早期（γ52）侵入岩、侏罗系下统蓝塘群（J1ln）沉积岩。隧道围岩风化破碎，断裂构造发育，穿越6 条断层，地下水较发育，隧道埋深浅，洞口及个别洞身段浅埋段易发生崩塌、溜塌、垮塌，隧道内易发生突泥涌水；隧道区地表水系主要为谷地内溪水、水库水和水塘水，较发育，局部发育，沟谷中多有小溪流发育，主要接受大气降水补给，雨季水量丰富。隧道位于生态严控区，地质条件复杂，施工安全风险较高，是本项目控制工程，也是重难点工程。

1 工程概况

新建赣州至深圳客运专线广东段横岭隧道位于河源市，从仙塘镇进洞，于临江镇出洞，全长7874.81m，起讫里程为DK272+521.19～DK280+396，为单洞双线隧道，设计速度为350km/h，隧道穿越低山、丘陵区，地面高程多在150～350m，相对高差50～100m，隧道埋深12.65～201.9m，沟谷纵横，植被茂密，杂草丛生。该隧道是赣深客专控制性工程之一，具有工期短、任务重、地质条件复杂、施工难度大的特点。

2 施工中存在的问题

隧道穿越低山、丘陵区，进口段多处于沟谷中，地质条件差，施工条件差。洞身DK272+730～DK272+750 设计为对称套拱暗挖段，施工长度20m。挖方最大深度9m，最小深度2m，主要为花岗岩、花岗闪长岩全强风化。该段需要开挖大量土石方、高刷坡及强支护施工，不仅易对高边坡山体基岩因失去支撑而造成上方围岩失稳产生滑塌，大量土石方开挖外运、高边坡支护面积加大，且对原始地貌和自然景观的破坏严重。如何优化该段套拱暗挖段支护安全范围，减少对该段土石方开挖和边坡支护范围，保护原始地形地貌，保证暗洞施工安全是本工程的难点。隧道套拱暗挖段平面如图1 所示。

3 优化方案

3.1 优化方案思路

分析该段隧道的地形地貌特点，该段隧道处于沟谷中，左侧山体明显高于右侧，洞身埋深较浅最浅处2m厚，基岩以强风化黄岗岩为主，自稳能力较弱，侧壁容易产生坍塌。根据该段开挖后实际地质条件，靠山侧地质条件比原设计地质条件好，初露花岗岩基岩早，在此基础上提出了将套拱拱脚靠近山体一侧抬高、对侧不变的不对称套拱[1]结构支护形式，充分发挥围岩的承载能力，不对称套拱与传统对称套拱暗挖段施工相比，挖方最大深度减少2m，施工减少靠山侧刷坡面积进而减少支护面积，减少土石方开挖量进而减少对山体扰动，总体减少开挖和支护工程量，加快施工进度，节约投资。原设计和优化后断面见图2、图3。

3.2 总体施工方案

根据优化方案，总结出了不对称套拱支护结构施工方案。根据现场地形条件及雨季施工情况，为防止开挖时形成坍塌、滑坡，采取分段开挖、铺设钢架、浇筑套拱、回填反压和分段设置截水导流的方案。

图1 横岭隧道进口平面图

图2 横岭隧道DK272+730 处套拱原设计横断面图

图3 横岭隧道DK272+730 处套拱优化断面图

首先在隧道边坡开挖线以外5m 施做截水天沟，顺接至自然排水沟中，边坡刷坡自上而下人工配合挖掘机分层进行刷坡作业，分层开挖分层防护，开挖后土体表面进行夯实处理作为套拱混凝土施工支撑体系的土膜，架设拱架和模板，绑扎钢筋、浇筑套拱混凝土，套拱完成后强度达到70%后对该段拱顶土体回填反压，以达到平衡受力的目的，确保该段山体稳定。

该段正洞施工过程中需加强地表和洞身围岩监控量测频率，随时观察地表和围岩动态变形情况，获得支护工作状态的信息，及时修正支护参数，确保施工安全可靠、有序可控。

3.2.1 施工区段划分

该段洞身施工长度20m，按套拱施工每循环长度10m 划分为两段依次展开施工，即DK272+740～+750 段和DK272+730～+740 段。

3.2.2 总体施工顺序

先施工大里程DK272+740～+750 段，再施工小里程DK272+730～+740 段。每段施工先后次序为开挖支护、套拱施作和回填土；最后两段一起施做黏土层、永久水沟和骨架护坡。DK272+730～DK272+750 区段施工示意图见图4。

4 不对称套拱支护结构施工方法

图4 DK272+730～DK272+750 区段施工示意图

4.1 工艺流程

不对称套拱支护结构施工工艺流程为：测量放线、地表清理→施工排水沟→边坡开挖防护→套拱开挖→拱脚小导管打设→小导管安装注浆→套拱安装→套拱混凝土浇筑→养生拆模、边坡防护→水泥土反压回填→沉降点埋设

4.2 施工要点

4.2.1 截水沟及边仰坡施工

⑴测量放样，清表软土，截水天沟设于边、仰坡坡顶以外且≥5m，截水沟采用人工配合机械开挖，C25 现浇混凝土浇筑。

⑵边仰坡采用锚喷混凝土进行加固，简易台架人工风枪进行锚杆打设、挂设钢筋网、湿喷混凝土。采用φ22mm 砂浆锚杆，长度4m、间距1.5m，呈梅花型布置[2]，再铺设φ6mm 钢筋网，喷10cm 厚C25 混凝土。

4.2.2 套拱施工

⑴在进行套拱混凝土施工前，要加工支撑套拱混凝土浇筑的拱架和模板，支撑钢架采用I18 工字钢。

⑵开挖完毕，精确放样套拱钢架拱脚位置，安放钢拱架。钢架用冷弯机加工成型，分三节制作，确保尺寸准确，随后进行编号，将编好号的钢拱架运送至施工现场组装。钢架连接钢板采用220mm×230mm×14mm 钢板，钢板预留孔，各节钢架用M24mm×60mm 螺栓[3]连接。

⑶套拱预留变形量15cm。确保钢架定位准确，采用C25 混凝土施做15cm 混凝土套拱基础，在垫层上面安装I18 钢架，间距50cm。并在钢架拱脚处绑扎钢筋，钢架拱脚两端各施打3 根长6mφ42mm 超前小导管，间距50㎝。为保证拱架的稳固，两榀拱架间设置φ22mm 连接筋，“八字形”布设，与水平方向成30°。采用竹胶板立模泵送浇筑C25 混凝土，如图5 所示，人工振捣，由于护拱左右不对称，先浇筑右侧，待两侧平齐后再两侧均匀浇筑。

图5 不对称套拱支护结构施工示意图

4.2.3 回填施工

施工前按设计施做好洞顶防、排水，达到与原始地形地貌自然和谐顺接。

⑴10%水泥土反压回填厚度为4m 厚，表层为0.5m厚黏土隔水层。

⑵当套拱混凝土强度达到100%后，反压回填洞顶10%水泥土[4]。

⑶10%水泥土反压回填厚度每层30cm。

⑷回填施工均匀对称进行施工，并根据测量放线标高分层夯实，其两侧回填土压实面高差≤0.3m。

⑸10%水泥土反压回填施工完成后马上施工黏土隔水层并用压路机压实，隔水层表面有4%的流水坡度，使水流入永久排水沟。

5 监控量测

套拱暗挖段施工完毕后布设地表沉降监控量测点，沿纵向每隔5m 布设一个观测断面，共设5 个观测断面，沿横断面每隔5m 布设一个地表沉降观测点，其中第一个观测点布设在横断面轴线对应的地表处，其它测点沿两侧布设。洞内量测点与地表沉降观测点布设在相同里程同一断面内，洞内布设1 个拱顶下沉观测点和拱腰处一对净空收敛观测点。

在监控量测周期2017 年10 月28 日至2018 年1月3 日内，取得监控量测数据后，及时采用散点图和回归分析法进行分析，根据量测值绘制位移-时间曲线，预测最终位移值和各阶段的位移速率[5]。各测点数据经过计算分析后，观测结果满足规范要求，相应支护参数和施工方法满足规范要求。选取代表性观测点整理后的观测曲线汇总见图6。

图6 地表下沉、拱顶下沉和净空收敛曲线汇总

6 施工效果

对不对称套拱支护结构施工方法施工时的工程量增减优化进行了分析，结果如表1 所列。通过分析对比可以看出，在确保质量安全的前提下能够快速施工，节约非关键线路工期25d，节省材料共计43 万元。

7 结束语

采用不对称套拱支护结构施工处于低山、丘陵区隧道浅埋偏压套拱暗挖段的隧道洞顶施工，结合监控量测数据，采用科学化、信息化的手段及时反馈施工过程支护参数是否正确，保证了隧道施工安全。该优化方案减少了对该段山体的开挖和支护面积，最大限度保持了原始地形地貌和自然景观，对生态环境起到了很好的保护作用。在确保质量安全的前提下降低了施工成本，加快了施工进度，创造了良好的经济效益和环境效益。

表1 不对称套拱暗挖段节约资金 （元）